Biochimica

Regolazione della fosforilasi

La fosforilasi può avere 2 forme interconvertibili: fosforilasi a (attiva) e fosforilasi b (inattiva).

Fosforilasi chinasi: fosforila la fosforilasi b convertendola in fosforilasi a.

Fosforilasi fosfatasi (PP1): defosforila la fosforilasi a convertendola in fosforilasi b.

La fosforilasi chinasi è a sua volta soggetta a regolazione attraverso un meccanismo difosforilazione- defosforilazione.

Il glucosio viene degradato quando abbiamo bisogno del glucosio libero e l'enzima chiave è la glicogeno fosforilasi.

La PKA, che è attivata dall'adrenalina o glucagone fosforila e attiva la fosforilasi chinasi.

Questa cascata di eventi è regolata da uno stimolo ormonale (glucagone e adrenalina).

La PP1 defosforila sia la glicogeno fosforilasi a ma anche la fosforilasi chinasi.

L'aumento di AMPciclico stimola la proteina chinasi A che va a sua volta a stimolare la fosforilasi chinasi ecc.. 16ff

La degradazione del glicogeno nel muscolo e nel fegato

hanno funzioni diverse (la prima parte distimolazione è la stessa).

Dal glucosio-1-fosfato partono due vie diverse: nel miocita (ovvero tessuto muscolare) stimola laglicolisi che porta alla contrazione muscolare. Nell'epatocita prende la via del glucosiomandandolo nel torrente ematico.

Nel muscolo due meccanismi di controllo allosterici si aggiungono alla regolazione della fosforilasida modi cazione covalente:

• L'aumento della concentrazione del Ca: si lega e attiva la fosforilasi chinasi (enzima multimericoδche ha 4 subunità) attraverso la subunità che è la calmodulina (quando il muscolo è incontrazione).
• Ulteriore stimolo- La concentrazione dell'AMP: si accumula nella cellula quando il muscolo è in intensa attivitàcome risultato della demolizione dell'ATP. Si lega e attiva la glicogeno fosforilasi.

Fosforilasi chinasi αβγδÈ composta da 4 subunità ed è attivato sia

da ormoni (che inducono la fosforilazione della δsubunità alfa e beta da parte della PKA), sia dal legame del Ca alla subunità (che è la calmodulina, sensore del Ca). Se l'enzima è fosforilato, l'enzima è parzialmente attivo, lo stesso quando lega il Ca. L'enzima ha attività massima quando è fosforilato e quando è legato al Ca. Quindi l'impulso nervoso, contrazione muscolare e ormoni fanno si che l'enzima sia completamente attivo. Regolazione della glicogeno fosforilasi nel fegato La glicogeno fosforilasi nel fegato è regolata da: - Regolazione ormonale - Regolazione allosterica La fosforilasi a con sito allosterico vuoto (forma attiva), se aumenta la concentrazione del glucosio la fosforilasi a ha i siti allosterici occupati, l'enzima modifica la conformazione esponendo i residui di ser fosforilati dove va ad agire la fosforilasi fosfatasi PP1 che va a inattivare la fosforilasi rendendola.

fosforilasi b. Quindi la glicogeno foforilasi epatica è sensibile alle concentrazioni del glucosio. L'insulina attiva la PP1: insulina secreta quando la glicemia è alta e quindi c'è il glucosio che inattiva la fosforilasi ma quindi l'insulina inibisce la degradazione del glicogeno inattivando la fosfatasi. GLICOGENO SINTASI REGOLAZIONE DELLA fosfoproteina fosfatasi La defosforilazione è catalizzata dalla (PP1). • glicogeno sintasi chinasi La fosforilazione è catalizzata dalla (GSK3). • L'insulina stimola l'ingresso del glucosio delle cellule e a livello metabolico la glicogeno sintesi. Quindi andrà ad attivare la glicogeno sintasi che troveremo attiva nella forma defosforilata. L'insulina attiva la PP1 (in modo da far defosforilare la glicogeno sintasi che appunto è attiva nella sua forma defosforilata) e inattiva la glicogeno sintasi chinasi. - Il G6P (è il glucosio all'interno della cellula)

Favorisce la defosforilazione della glicogeno sintasi, legandosi ad essa e promuovendo una conformazione della sintasi che è un buon substrato per la PP1.

Malattie da accumulo di glicogeno:

Causate da un difetto ereditario negli enzimi coinvolti nella glicogenolisi.

La glicogeno fosforilasi muscolare è geneticamente differente da quella epatica perché sono codificate da due geni diversi, per cui una mutazione a carico di uno non è detta che sia a carico anche dell'altro. Perciò un individuo può avere un difetto di un enzima e non dell'altro.

Enzima modificato: glicogeno sintasi, organo coinvolto il fegato, manifestazioni: ipoglicemia, iperchetonemia, difetti di crescita e morte precoce.

MALATTIA DI HERS: carenza della glicogeno fosforilasi nel fegato e ciò comporta l'accumulo di glicogeno che non viene degradato, epatomegalia, ipoglicemia, danni epatici e ritardo nella crescita.

MORBO DI POMPE (tipo II)

SINDROME DI McARDLE (tipo V) • MORBO DI VON GIERKE: carenza della glucosio 6-fosfato traslocasi (è un trasportatore??????) • e carenza della glucosio 6-fosfatasi. influenza il fegato, i reni e l'intestino, ipoglicemia da digiuno in forma grave GLUCONEOGENESIS sintesi del glucosio a partire da precursori non saccaridici perché la maggior parte dei precursori sono amminoacidi (forniscono gli scheletri carboniosi per il glucosio), il lattato (che deriva dalla fermentazione lattica), il glicerolo (ottenuto dalla degradazione dei triacilgliceroli). Secondo la prof non è giusta questa definizione perché il glucosio si può sintetizzare anche a partire dal fruttosio. E la via attraverso cui si sintetizza il glucosio attraverso precursori non saccaridici, ma non solo. I tessuti che sintetizzano il glucosio sono: - Fegato - Reni Tessuti che usano glucosio come fonte di energia primaria: - cornea - Midollare del rene - Cervello e tessuto nervoso - Eritrociti

Dove avviene la gluconeogenesi?

• Digiuno notturno: 90% fegato, 10% reni;
• Digiuno prolungato: 60% fegato, 40% reni.

Il glucosio passa poi nel sangue per rifornire gli altri tessuti.

Fonti principali di glucosio ematico:

• La dieta
• La glicogenolisi
• La glucogenesi

Ritornando al discorso della gluconeogenesi:

Glicolisi e gluconeogenesi non sono vie identiche percorse in senso inverso perché la glicolisi è un processo, dal punto di vista energetico favorevole e ci sono 3 reazioni irreversibili (HK, PFK-1, PK) che non possono essere percorse in senso opposto. Le 7 reazioni della glicolisi sono reversibili e intervengono nella glucogenesi.

Nella gluconeogenesi, le 3 reazioni irreversibili della glicolisi sono sostituite da 4 reazioni alternative sufficientemente esoergoniche da favorire la sintesi del glucosio.

I non saccaridici della gluconeogenesi comprendono:

• Lattato: proviene dai muscoli scheletrici in esercizio e dalle cellule prive

di mitocondri (globuli rossi). Ciclo di Cori.- Piruvato- Glicerolo: deriva dallo scheletro carbonioso dei triacilgliceroli accumulati nel tessuto adiposo. Raggiunge il fegato per via ematica.- Scheletri carboniosi della maggior parte degli amminoacidi. Che possono essere: Chetogenetici: possono sintetizzare gli acidi grassi; Glucogenici: si può sintetizzare il glucosio. Alcuni possono essere o solo chetogenetici, altri solo glucogenici mentre altri possono essere substrato sia per la sintesi del glucosio che per la sintesi di acidi grassi. N.B. gli acidi grassi non possono servire da precursori del glucosio perché l'acetilCoA (prodotto principale della loro degradazione) non può essere convertito in piruvato (la reazione catalizzata dalla piruvato deidrogenasi è irreversibile). Confronto tra glicolisi e gluconeogenesi L'ultima reazione della glicolisi, ovvero quella catalizzata dalla piruvato chinasi è irreversibile, perciò nella

gluconeogenesi la prima reazione (conversione del piruvato in fosfoenolpiruvato conformazione di un intermedio: ossalacetato) consiste di due reazioni consecutive catalizzate da due enzimi diversi: piruvato carbossilasi (il piruvato carbossilato a ossalacetato) e questo enzima consuma una molecola di ATP. L'ossalacetato viene fosforilato e carbossilato dalla PEPCK (=fosfoenolpiruvato chinasi) diventando fosfoenolpiruvato. Questo enzima utilizza GTP (ma in realtà è come utilizzare ATP).

1 REAZIONE ESCLUSIVA DELLA GLUCONEOGENESI

Fosforilazione del piruvato in fosfoenolpiruvato (PEP)

La carbossilazione avviene solo nel mitocondrio, mentre il secondo enzima catalizza sia nel mitocondrio sia nel citosol.

Se è mitocondriale il PEP deve avvenire nei mitocondri dopodiché deve uscire ma non ci sono problemi perché c'è un trasportatore specifico che permette il trasporto dal mitocondrio al citosol.

Se invece si utilizza l'enzima citosolico (il

PEPCK) dal mitocondrio deve uscire l'ossalacetato. Maper l'ossalacetato non c'è un trasportatore speci co. Come viene trasportato l'ossalacetato? L'ossalacetato, nel mitocondrio, viene ridotto a malato (ossalacetato prende gli elettroni del NADHmitocondriale e si riduce a malato), abbiamo un trasportatore del malato, perciò il malato esce nelcitosol assieme al NAD+ dove si ossiderà a ossalacetato ritrasferendo gli elettroni al NAD+ritornando NADH. Quando viene utilizzata una via o l'altra: quando il precursore è il lattato che viene convertito apiruvato si forma il NADH che serve per la gluconeogenesi perciò non si utilizza la via del malato. Ma nel caso in cui il piruvato deriva da altre vie che non permettono la formazione di NADH,utilizziamo la via del malato. 19ffi fi fi BIOTINA: Cofattore della piruvato carbossilasi ed è un trasportatore specializzato di gruppi a un atomo di C nella loro forma più

ossidata: CO₂

Ha un doppio anello fuso e la catena laterale lega la proteina.

La biotina è legata covalentemente all'enzima mediante un legame amidico tra il -COO della catena laterale di valerato e il gruppo -NH2 di un residuo di Lys dell'enzima.

La biotina lega l'unità monocarboniosa e la trasferisce proprio sicamente al piruvato che viene carbossilato a ossalacetato.

È una vitamina che si trova in molti alimenti e viene anche sintetizzata dai batteri intestinali.

• Una carenza di biotina è molto rara ma è stata vista in persone che consumano abbondantemente nella dieta l'albume d'uovo crudo. Infatti il tuorlo contiene biotina, mentre l'albume crudo contiene avidina. L'avidina è una glicoproteina che lega saldamente la biotina impendendone l'assorbimento intestinale. Quando le uova sono cotte, l'